Fotokatalytische Nanostrukturen

Metalloxide häufig vorkommender Elemente sind von besonderem Interesse für die photokatalytische Wasserspaltung, da sie kostengünstig sind und so auch eine großtechnische Anwendung möglich ist. Ein Nachteil dieser Materialien ist aber die geringe Minoritätsladungsträgerbeweglichkeit und die relativ große Eindringtiefe für Licht (50 nm bzw. 3 ?m für CuBi2O4) [1]. Um diese Materialien als Elektroden für die photokatalytische Wasserspaltung zu nutzen, muss ein Kompromiss zwischen diesen beiden Eigenschaften gefunden werden.

Eine Möglichkeit kann der Einsatz von Quasi 1-D nanostrukturierten Elektroden sein. Diese besitzen eine lange Achse entlang der Nanodrähte, die gut zur Absorption des Lichts geeignet ist. Gleichzeitig ist senkrecht zur Achse der Nanodrähte die Entfernung zur Oberfläche vergleichsweise gering, womit die Ladungsträger schnell an die Elektrolyt-/Elektrodengrenzfläche gelangen.

Um auch einen späteren großtechnischen Einsatz der Elektroden zu ermöglichen, wird auf elektrochemische Abscheidung als kostengünstiges Syntheseverfahren zurückgegriffen. Poröse Aluminiumoxidmembranen mit untereinander verbundenen Poren werden dabei mit Metallpartikeln gefüllt und später weggeätzt, sodass ein Netzwerk von Nanodrähten übrig bleibt.

Diese Netzwerke besitzen eine geringere Lichtreflektion und eine deutlich höhere Oberfläche als vergleichbare Dünnfilmelektroden und sind daher hervorragend für die photokatalytische Wasserspaltung geeignet.

Literatur
 [1] S.P. Berglund et al., Chemistry of Materials, vol. 28, no. 12, pp. 4231–4242, Jun. 2016.